JP2007082519A

JP2007082519A - ドライバイオマスを用いた持続可能な天然ガス田の開発方法

Info

Publication number: JP2007082519A
Application number: JP2005303646A
Authority: JP
Inventors: Toru Ueda; 徹植田; Satoshi Matsumoto; 聰松本
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2005-09-18
Filing date: 2005-09-18
Publication date: 2007-04-05

Abstract

【課題】メタンガスを大量生産する資源循環方法及び装置、ならびにメタンガスを生産する事によって経済性も考慮する植物環境修復法の提供。
【解決手段】ドライバイオマス及び有機系廃棄物の不完全燃焼ガス（一酸化炭素ガス、水素ガス、二酸化炭素ガス等）若しくはそれを原料に用いた化成品（蟻酸塩、メタノール）をメタン生成菌の基質として活用する事によってメタンガスを大量生産する。重金属、有害化学物質、高濃度塩類が含まれる土壌で栽培した植物を用いてメタンガスを生産する事によって経済性も考慮することができる植物環境修復法となる。
【選択図】なし

Description

本発明は、本発明は、ドライバイオマス及び有機系廃棄物の不完全燃焼ガス（一酸化炭素ガス、水素ガス、二酸化炭素ガス等）若しくはそれを原料に用いた化成品（蟻酸塩、メタノール）をメタン生成菌の基質として活用する事によってメタンを大量生産する技術に関する。

財団法人地球環境産業技術研究機構の湯川英明博士らは蟻酸ソーダ法によってバイオマスの不完全燃焼ガス（一酸化炭素）から合成した蟻酸を、好気的環境下で通性嫌気性水素生産菌（大腸菌等）に与えた後に還元環境下に移行させる方法によって水素の大量生産に成功している（特開２００５−８７０３５、特開２００４−３０３６０１）。しかしながら、アメリカ合衆国イリノイ大学教授、リチャード・マゼル教授らは蟻酸自体が固体高分子型燃料電池の良好な燃料となる事を示しているため（ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｔｅｋｉｏｎ．ｃｏｍ／）、燃料電池発電が目的ならバイオマス蟻酸から水素生産する必要がなくなっている。
一方、メタン生成菌は広範な環境に生育するが、メタン生成によるエネルギー獲得の基質は多様ではなく、蟻酸、酢酸、水素ガス、一酸化炭素ガス、二酸化炭素ガス、メタノール等に限定されている。従って、従来、ウェットバイオマス（生ごみ等）からのメタン発酵においてはメタン発酵前の酸発酵がメタン発酵を促進させる事が知られている（ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｋａｎｔｏ．ｍａｆｆ．ｇｏ．ｊｐ／ｔｏｐｉｃｓ／ｔｉｉｋｉｌｅａｄｅｒ／２００４／ｄａｉ６ｋａｉ．ｈｔｍ）。しかしながら、ウェットバイオマスの酸発酵によって生産可能な蟻酸、酢酸とは別に、外部から別途、木材等ドライバイオマスの不完全燃焼ガス（一酸化炭素ガス、水素ガス、二酸化炭素ガス等）やそれを用いて生産した蟻酸塩、メタノールを添加する事によって、メタンの大量生産を可能とするハイブリッド技術（化学プロセスと生物学プロセスの組み合わせ）に関しては現在考えられていない。
そのためもあり、現在、メタン発酵生産は、生ごみ、活性汚泥、食品廃棄物等のウェットバイオマスのみに原料が限定されており、化石燃料エコノミーから持続社会エコノミーへの移行がスムーズに行われている状況とは言い難い。本発明は以上の背景を鑑みなされたものであり、既に確立されている２つの技術を戦略的に結合させる事によって、世界各地の森林資源を「持続可能な天然ガス田」に転換させる事を可能としたものである。

本発明は、本発明は、ドライバイオマス及び有機系廃棄物の不完全燃焼ガス（一酸化炭素ガス、水素ガス、二酸化炭素ガス等）若しくはそれを原料に用いた化成品（蟻酸塩、メタノール）をメタン生成菌の基質として活用する事によってメタンを大量生産する技術を提供する事を目的とする。

上記目的を達成するため、（１）木材等のドライバイオマスやプラスチック等の有機系廃棄物を高温で部分酸化処理して得た一酸化炭素ガスに水酸化カルシウム、水酸化カリウム等の強塩基を高温高圧で作用させて生じた蟻酸塩をメタン生成菌の基質として活用しメタンガスを大量生産する資源循環方法及び装置、（２）１において蟻酸塩だけでなくドライバイオマスや有機系廃棄物を高温で部分酸化処理する際に一酸化炭素ガスと同時に発生する水素ガスもメタン生成菌の基質として活用しメタンガスを大量生産する資源循環方法及び装置、（３）１，２においてドライバイオマスや有機系廃棄物由来の蟻酸塩を用いるのではなく、既存の方法で製造された蟻酸塩や酢酸塩を添加する方法及び装置、（４）１〜３において用いる水素ガスを、ドライバイオマスやプラスチック等の有機系廃棄物の部分酸化処理ガスを用いるだけでなく、他方法で製造した水素ガスを用いる資源循環方法及び装置、（５）木材等のドライバイオマスやプラスチック等の有機系廃棄物を高温で部分酸化処理して得た一酸化炭素ガスと水素ガスを主に用いて生産したメタノールをメタン生成菌の基質として活用しメタンガスを大量生産する資源循環方法及び装置、（６）５においてメタノールと共に水素ガスをメタン生成菌の基質として活用しメタンガスを大量生産する資源循環方法及び装置、（７）木材等のドライバイオマスやプラスチック等の有機系廃棄物を高温で部分酸化処理して得た一酸化炭素ガス、水素ガス、二酸化炭素ガスをメタン生成菌の基質として活用しメタンガスを大量生産する資源循環方法及び装置、（８）重金属、有害化学物質、高濃度塩類が含まれる土壌で栽培した植物を用いて１〜７の方法でメタンガスを生産する事によって経済性も考慮する植物環境修復法の計８技術のうちの１つ以上を適用すればよい。

本発明によって全世界の森林バイオマス資源や可燃性廃棄物等をメタンガスに転換する事が可能となり、持続可能エネルギー社会への移行がスムーズになる効果が期待できる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を説明する。まず、木材等のバイオマスやプラスチック等の有機系廃棄物を高温で部分酸化処理（不完全燃焼）して得たガス（一酸化炭素ガス、水素ガス、二酸化炭素ガス、メタンガス等）を必要に応じて水酸化カルシウム溶液や水に通し二酸化炭素を除去する。次に残りのガスに含まれる一酸化炭素ガスに水酸化カルシウム、水酸化カリウム等の強塩基を高温高圧（１５０℃以上、０．６ＭＰａ以上）で作用させて生じた蟻酸塩をメタン生成菌の基質として活用しメタンガスを大量生産する。一酸化炭素ガスと強塩基を作用させて蟻酸塩を合成する方法は蟻酸ソーダ法として知られコークス由来の一酸化炭素ガスを使って従来から使われている。

この時、メタン発酵タンクに投入する前に、メタン発酵タンクに同時に通性嫌気性水素生産菌（大腸菌等）を共存させて、蟻酸塩を加え好気的環境下で培養した後に還元環境下に移行させれば通性嫌気性水素生産菌（大腸菌等）によって水素ガスが同時に生産されメタン生成菌のメタン生成にとって有効に働く事が期待できる。

また請求項１において蟻酸塩（若しくは蟻酸）だけでなくバイオマスや有機系廃棄物を高温で部分酸化処理する際に一酸化炭素ガスと同時に発生する水素ガスをメタン生成菌の基質としてもよく、その場合、蟻酸（塩）をより有効に活用できる効果が期待できる。

更に請求項１，２においてバイオマスや有機系廃棄物由来の蟻酸塩を用いるのではなく、コークス由来の一酸化炭素ガスを使った蟻酸ソーダ法や酢酸発酵によって製造された蟻酸塩や酢酸を添加する方法も有効に働くであろう。また、水素ガスに関してもバイオマスや可燃性廃棄物由来の水素ガスを用いるだけでなく、水電気分解等によって生産可能な水素ガスを用いても良い。ただその場合、持続エネルギー効率的にはマイナスに働く。

また木材等のバイオマスやプラスチック等の有機系廃棄物を高温で部分酸化処理して得た一酸化炭素ガスと水素ガスを主に用いて生産したメタノールをメタン生成菌の基質として活用しメタンガスを大量生産してもよい。ドライバイオマスからのメタノール生産法は三菱重工・農林省によって既に開発されており（ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｓ．ａｆｆｒｃ．ｇｏ．ｊｐ／ｄｏｃｓ／ｐｒｅｓｓ／２００２／０４１６．ｈｔｍ）、この既存技術をメタノールを基質とできるメタン発酵技術に組み合わせさえすれば、森林資源をメタン転換可能となる。なおこの時、メタン発酵時にメタノールと同時に水素ガスを添加するのも有効と考えられる。メタノールはそれだけでも固体高分子型燃料電池（ＤＭＦＣ）の液体燃料になりうるが、ＤＭＦＣの発電効率は２０％と低いだけでなく経済効率も低いので需要は大きくない。またメタノール自動車のインフラも天然ガス自動車と比較すると整備されている状況にない。従ってバイオメタノールをそのまま使うのではなくバイオリアクターによってメタン変換して用いる事によって持続可能社会への移行が促進できる効果が期待できよう。

またメタン生成菌は蟻酸塩やメタノールだけでなく、一酸化炭素ガス、二酸化炭素ガス、水素ガスも生育基質とするので、ドライバイオマスや可燃性廃棄物の不完全燃焼ガス（一酸化炭素ガス、二酸化炭素ガス、水素ガスが主成分）をそのまま若しくは若干の不純物除去処理をした上でメタン発酵タンクに添加しメタン生産を行わせれば設備投資を大幅に低減できうる。

更に以上述べてきた技術に植物環境修復を組み合わせる事によって、汚染土壌浄化が経済的に行える事が期待できる。なお、メタン発酵プラントに関しては技術が成熟し鹿島建設ヘラクレスなど多くの業者から販売されているが、基質によりメタン生成菌の種が違ってくるので、必要ならば予め各々の基質で集積培養を行ってからバイオリアクターに加えるのが望ましいだろう。

なお、ここで一酸化炭素ガスや水素ガス生産に用いるバイオマスは森林バイオマスが望ましいが、破壊的な伐採を行うのではなく、毎年光合成で増産できるバイオマスの範囲内のみでの利用に留める事が重要であり、そうすれば世界各地の森林資源が「持続可能な天然メタンガス田」に転換できる事が可能になろう。一般に太陽エネルギーによって固定されバイオマスは光合成により常にフローとして生産されており、その量は陸上で約１，１５０億トンにも及ぶ事が知られている（ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｉａｅ．ｏｒ．ｊｐ／ｐｕｂｌｉｓｈ／ｐｄｆ／２００２−２．ｐｄｆ）。一方、我が国の全エネルギー量を賄うのに必要なバイオマス量はその１％程度（十数億トン）に過ぎない。今後、全世界の森林資源を持続的に有効活用する事によって、現在の世界のエネルギー消費量を全て賄う事が可能となろう。またメタンは液化すれば運搬が容易になるだけでなく天然ガス自動車等のインフラも整備されており、更には燃料電池を用いれば温水を含むエネルギー転換効率が９０％に及ぶ事が知られている。本技術の適用によって化石燃料エコノミーから持続可能エネルギー社会にスムーズに移行させる事が容易になる効果が期待できる。

Claims

木材等のドライバイオマスやプラスチック等の有機系廃棄物を高温で部分酸化処理して得た一酸化炭素ガスに水酸化カルシウム、水酸化カリウム等の強塩基を高温高圧で作用させて生じた蟻酸塩をメタン生成菌の基質として活用しメタンガスを大量生産する資源循環方法及び装置。
請求項１において蟻酸塩だけでなくドライバイオマスや有機系廃棄物を高温で部分酸化処理する際に一酸化炭素ガスと同時に発生する水素ガスもメタン生成菌の基質として活用しメタンガスを大量生産する資源循環方法及び装置。
請求項１、２においてドライバイオマスや有機系廃棄物由来の蟻酸塩を用いるのではなく、既存の方法で製造された蟻酸塩や酢酸塩を添加する方法及び装置。
請求項１〜３及び６において用いる水素ガスを、ドライバイオマスやプラスチック等の有機系廃棄物の部分酸化処理ガスを用いるだけでなく、他方法で製造した水素ガスを用いる資源循環方法及び装置。
木材等のドライバイオマスやプラスチック等の有機系廃棄物を高温で部分酸化処理して得た一酸化炭素ガスと水素ガスを主に用いて化学合成したメタノールをメタン生成菌の基質として活用しメタンガスを大量生産する資源循環方法及び装置。
請求項５においてメタノールと共に水素ガスをメタン生成菌の基質として活用しメタンガスを大量生産する資源循環方法及び装置。
木材等のドライバイオマスやプラスチック等の有機系廃棄物を高温で部分酸化処理して得た一酸化炭素ガス、水素ガス、二酸化炭素ガスをメタン生成菌の基質として活用しメタンガスを大量生産する資源循環方法及び装置。
重金属、有害化学物質、高濃度塩類が含まれる土壌で栽培した植物を用いて請求項１〜７の方法でメタンガスを生産する事によって経済性も考慮する植物環境修復法。